结直肠癌是人类主要恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率分别位于第3位和第4位。结直肠癌有很多危险因素，如结直肠癌家族史、炎性肠病、吸烟、过量饮酒、肥胖以及糖尿病等^[1]。近年来，人们发现microRNAs可以参与结直肠癌的发病和演进^[2]。

MicroRNA(简称miRNA)是一组含有19～25个核苷酸的非编码小RNA分子。它存在于植物，动物和一些病毒中。它可以参与很多生物学过程，如分裂和增殖，最重要的是，它可以通过与靶基因的结合参与RNA沉默(RNA silencing)和基因的转录后调控作用。miRNA的调控网络是极其复杂的，1个miRNA可以调控多个靶基因，而1个基因也可以被多个miRNA调控。miRNA可以通过与抑癌基因(如p53)的结合从而发挥癌基因(oncogenes)的作用，或与癌基因(如myc)结合发挥抑癌基因(tumor suppressors)的作用。

miRNA除了可以抑制下游靶基因的表达，还受到上游分子的调控。Yamagishi等^[3]和Kurihara等^[4]发现，在人类T细胞白血病中，PRC2可以介导miR-31表达下调，从而上调了miR-31的靶基因。

miRNA在放疗后的作用是近年被发现的，很多研究表明，在放疗后某些miRNA的表达会发生显著改变，而且这种现象在不同的肿瘤中的表现也是不同的。在接受放疗的结直肠癌患者中，已经报道的放疗后升高的miRNAs包括miR-125a-3p、miR125b、miR137、miR-188-5p、miR-190、miR-483-5p、miR-622、miR-630、miR-671-5p、miR-720、miR-765、miR-1183、miR-1224-5p、miR-1274b和miR-1471、例如miR-622可以作用于Rb和K-Ras影响结直肠癌辐射敏感性^[5]，miR-671-5p可以通过作用于SMARCB1影响结直肠癌辐射敏感性等^[6]；放疗后下降的的miRNAs包括miR-1274b、miR-720, 涉及的靶基因尚未见报道。还有诸多放疗后表达不变的miRNAs、如miR-15a、miR-16、miR-17-5p、miR-18a等，而这一种miRNAs是最多的^[7-8]。

放疗在结直肠癌治疗中占重要地位。放疗结合手术治疗、化疗已经成为肿瘤治疗的公认方案，其中，放疗既可以作为新辅助治疗手段在手术前使用，也可以在手术后使用，这取决于肿瘤的类型、原发部位，及其分期分级等^[9]。作为新辅助治疗手段，可以降期、减少肿瘤组织体积及局部血运等作用，有利于后续的手术治疗。目前术前新辅助放疗或放化疗在局部晚期结直肠癌中应用越来越广泛，van Gijn团队已经证明了结直肠癌患者新辅助放疗后再进行全直肠系膜切除术和新辅助治疗可以降低肿瘤的局部复发率(整体上5%:11%，Ⅲ期9%:19%)^[10]。美国国立综合癌症网络(NCCN)肿瘤学临床实践指南推荐在条件允许的情况下，术前新辅助放化疗方案可作为标准治疗方案。而作为术后辅助治疗手段，可以起到提高局部控制率、降低远处器官转移率、延长5年生存率及改善患者生活质量等的作用^[11]。然而，患者接受放疗的效果是不同的。对放疗不敏感甚至抵抗的患者不仅得不到有效的治疗，而且还要承受放疗带来的不良反应，如可能会导致放疗诱发的二次原发肿瘤的发生、放疗性肠炎、放疗性脊髓毒性反应等，反而不利于患者的治疗^[12-13]。因此，如何能够做到减小辐射抵抗性、增加辐射敏感性、提高放射治疗效果成为了一个非常值得讨论的问题。

肿瘤的辐射敏感性由内因(如基因突变和表达遗传修饰)和外因(如肿瘤微环境)决定。近年来，越来越多的证据表明，miRNAs在肿瘤的辐射敏感性和抵抗性(radiation resistance)中也发挥了重要的作用^[8]，它影响肿瘤辐射敏感性主要通过两种方式，一种是通过影响微环境影响肿瘤辐射敏感性，另一种是通过DNA损伤通路相关靶基因影响肿瘤辐射敏感性^[14-15]。

1. miRNAs通过微环境影响肿瘤辐射敏感性：Yamakuchi等^[16]发现在结肠癌细胞中，miR-22通过调控HIF-1α和VEGF影响辐射敏感性。在结肠癌中，miR-22表达量很低，作为其靶点HIF-1α和VEGF的表达升高，这两者可以促进了肿瘤细胞血管生成，增加了肿瘤的辐射抗性。因此，miR-22可以改变肿瘤局部血流情况和氧气含量，影响肿瘤细胞的辐射敏感性。

Sun等^[17]发现，低氧诱导的自噬会通过HIF-1α/miR-210/Bcl-2通路减少结肠癌肿瘤细胞的辐射敏感性。缺氧时，HIF-1α会诱导miR-210的表达升高，而后者反过来会通过下调Bcl-2的表达促进细胞自噬，降低了结肠癌细胞的辐射敏感性。

Xiao等^[18]在HT-29结肠癌动物模型中发现，miR-885-3p可以通过BMPR1A抑制Smad1/5/8的磷酸化，并下调DNA结合蛋白抑制剂ID-1，从而抑制肿瘤细胞血管生成，抑制肿瘤的生长，提高结肠癌的辐射敏感性。

2. miRNAs通过DNA损伤通路相关靶基因影响肿瘤辐射敏感性：辐射引起DNA双链损伤后最先引起的改变就是共济失调毛细血管扩张突变激酶(ataxia-telangiectasia mutated kinase，ATM)的激活，ATM是一个激活下游细胞周期检查点和DNA修复基因的丝氨酸/苏氨酸激酶^[15]。ATM激活后首先需要特定的组蛋白修饰和染色质重塑使得紧致的染色质变得疏松，这样才能使损伤修复基因聚集到DNA损伤位点。染色质变得疏松后，细胞周期细胞检查点会诱导细胞周期停滞，从而使得细胞进行DNA修复。DNA损伤一旦修复好，细胞会重新返回细胞周期，而如果DNA损伤过于严重，细胞就会启动凋亡机制^[15]。在上述DNA损伤修复过程中，miRNAs可以通过作用于任何一个过程调节DNA损伤修复过程，从而调控肿瘤的辐射敏感性^{[14, 19]}。

(1)ATM：DNA双链损伤后最先改变的分子。ATM是一种在DNA损伤中最先改变的分子，激活的ATM可以使下游靶点发生磷酸化从而参与到DNA损伤修复中。已经报道的可以通过ATM影响结直肠癌辐射敏感性的miRNA包括：miR-18a、miR-223和miR-203。Wu等^[20]在结肠癌中发现miR-18a可以通过抑制ATM的表达影响其结肠癌辐射敏感性。miR-18a在结肠癌中的表达升高，这就可以使作为靶点的ATM表达减少，这就降低了DNA修复作用。于是，大量的DNA损伤由于没能及时修复并不断累积，细胞生存时间和繁殖率均大大下降。同理，miR-223和miR-203通过下调ATM促进了辐射敏感性^[21-22]。

(2)组蛋白修饰和染色质重塑(histone modification and chromatin remodeling)：ATM被激活后必然伴随着修复蛋白的募集，然而在修复蛋白聚集到损伤部位之前，基因组需要进行特定组蛋白修饰和染色质重塑，使得紧致的染色质变得疏松。因此，特异的组蛋白修饰和染色质重塑在DNA损伤修复中尤为重要。发生DNA损伤时，最先改变的ATM会对组蛋白H2AX进行磷酸化修饰，使得染色质变得疏松，并引发后续DNA损伤修复过程。目前已经发现有两个miRNAs可以作用在H2AX：miR-138和miR-24。

Wang等^[23]发现在人类骨肉瘤中miR-138可以抑制H2AX foci的形成，在人类骨肉瘤U2OS细胞中过表达miR-138后会使得H2AX表达降低，减少了DNA损伤后的修复作用，从而使得细胞在电离辐射等辐射后更容易损伤。Lal等^[24]发现，在造血细胞中miR-24可以下调H2AX的表达，抑制细胞在DNA损伤后的修复作用，导致细胞对电离辐射等损伤更加敏感。上述两种miRNAs过表达后均会引起更多的染色质突变，促进了细胞对的辐射敏感性。而目前关于miRNA作用于组蛋白和染色质重塑相关基因在结直肠癌中的作用，还少见报道。

(3)细胞周期检查点(cell cycle checkpoint)：细胞周期检查点最重要的功能就是在DNA损伤后，可以诱导细胞周期停滞，从而使得细胞有足够的时间进行DNA修复。损伤修复细胞会重新返回细胞周期，但是如果DNA损伤过于严重，细胞就会启动凋亡机制。miRNAs可以通过作用于细胞周期检查点相关靶点调节肿瘤的辐射敏感性^[25]。

激活DNA损伤检查点最重要的分子就是转录因子p53。p53是诸多miRNAs的下游靶基因，如miR-125b、miR-504、miR-311等^[26]。Cdk家族也是DNA损伤检查点中重要的激酶。DNA损伤后Cdks被磷酸化修饰，活性下降，细胞周期停滞进行损伤修复。磷酸化的Cdks可以被Cdc25A去磷酸化，并解除细胞周期停滞，DNA损伤无法及时修复。Wang等^[27]发现，在结肠癌细胞中miR-21可以负调控Cdc25A的表达，促进细胞周期停滞，增加辐射损伤修复时间，抑制结肠癌细胞的辐射敏感性。

(4)DNA损伤修复(DNA damage repair, DDR)：DNA损伤后，在经历了ATM激活、染色质重塑以及细胞周期停滞等一系列过程后，细胞开始进行有效的DNA损伤修复。最常见的DNA损伤是DNA双链断裂(DNA double-strand breaks, DSB)，它的修复主要有两条方式，同源重组修复(homologous recombination repair, HRR)和非同源末端连接(nonhomologous end-joining, NHEJ)^[15]，这两种修复方法均受到miRNAs的调控。

BRCA1是同源重组修复中重要的分子。Moskwa等^[28]发现它是miR-182的靶基因，体外实验证实将miR-182过表达后会降低HRR效率，提高了细胞的辐射敏感性。DNA-PKcs是NHEJ中重要的分子。Yan等^[29]发现miR-101可以通下调DNA-PKcs，使细胞不能有效地进行DSBs修复，促进肿瘤的辐射敏感性。

(5)凋亡(apoptosis)：如果辐射治疗造成的DNA损伤不能在特定时间内修复，为了避免更加严重的后果(如细胞发生癌变)，细胞会启动凋亡程序，p53在DSBs诱导的凋亡反应中起重要作用。目前在结肠癌中关于miRNAs在通过凋亡机制调节肿瘤辐射敏感性的报道较少，Chen等^[30]发现在结肠癌中表达下调的miR-200c可以提高PTEN、p53丝氨酸(15)、PP1和caspase-3的表达，促进肿瘤细胞凋亡的同时，增加肿瘤细胞的辐射敏感性。在其他肿瘤中，Hu等^[31]发现miR-504可以下调p53转录活性、p53调节的凋亡过程及细胞周期阻滞，而且体内实验证明miR-504可以促进细胞肿瘤化改变，增加了结肠癌细胞的辐射抵抗性。Le等^[32]发现miR-125b也是p53的负性调节分子，过表达miR-125b可以抑制内源性的p53并抑制凋亡。电离辐射后，miR-125b的表达明显下降，下调的miR-125b会增加p53的含量，并促进p53诱导的细胞凋亡。

结直肠癌目前是世界第三大肿瘤。目前，美国国立综合癌症网络(NCCN)肿瘤学临床实践指南推荐结直肠癌术后常规接受外照射治疗。然而部分患者对放射治疗反应差，并且他们抵抗放疗的机制并不明确。因此，筛选不同放疗疗效的患者体内表达差异的分子，明确这些分子调控辐射敏感性的机制，干预调控辐射敏感性的分子及其通路，对于筛选更适接受放疗的患者，更好地在临床上应用放射治疗至关重要。放射治疗的有效性与患者自身的放疗敏感性密切相关，而放射敏感性与DNA损伤修复作用直接相关。辐射引起的DNA损伤反应包括ATM的激活，组蛋白修饰和染色质重塑，细胞周期停滞，损伤修复和凋亡，microRNAs可以通过上述过程调节DNA损伤修复过程，从而调控肿瘤的辐射敏感性。

在其他肿瘤组织中，也发现了很多miRNAs调控肿瘤的辐射敏感性的实例。例如Weidhaas等^[33]发现let-7家族的miRNAs可以通过抑制KRAS原癌基因促进肿瘤的辐射敏感性，细胞实验表明上调let-7的表达会促进A549细胞的辐射敏感性。Lee等^[34]发现，在A549细胞中，miR-7可以通过EGFR-PI3K-Akt通路促进肿瘤细胞的辐射敏感性。但是目前大多数miRNAs可以调控肿瘤的辐射敏感性都局限在细胞实验水平，若想更全面研究证明miRNAs可以调控肿瘤放射治疗敏感性，需要更多的体内及临床试验^[19]。

近期，随着对miRNAs研究的深入，发现miRNAs可以通过作用于肿瘤微环境和DNA损伤通路通路相关靶基因调控肿瘤辐射敏感性。检测这些miRNAs可评估肿瘤放疗敏感性，从而指导临床放疗计划的拟定。目前，大量研究已初步探索出一些肿瘤放疗敏感相关miRNAs以及其发挥作用的机制，但临床应用报道较少。今后在miRNAs与肿瘤放疗敏感性的研究中，在进一步明确miRNAs作用机制的基础上，重点探索靶基因应用于临床的方法，从根本上提高放疗疗效，降低放射损伤，在治疗肿瘤的同时减轻患者的痛苦。